Соединение земель Опции

[amaora]

Несколько вопросов связанных с разделением и соединением силовой, сигнальной и аналоговой земель. Для начала схема чтобы было ясно о чем идет речь, упрощенная блочная. В рамки обведено то, что будет находится на одной плате. Не значимые для вопроса детали не отображены, например в каждом устройтстве три полумоста и гораздо больше конденсаторов рядом с силовыми ключами.



Исхожу из того, что драйвер должен иметь короткий путь по земле до ключей, а МК такую же хорошую связь по земле с драйвером. Разводка должна исключать силовой ток в этих участках соединения. На рисунке это показано не достаточно хорошо. И тогда получается, что относительно выбранной точки заземления сигнальной и аналоговой части питание оказывается шумным.

1. Мне не нравится наличие отдельного преобразователя на каждой плате (на зеленых), но как можно использовать один общий не понятно. Кое какой компромиссный вариант это брать внешнее немного завышенное +14 и +5 например и фильтровать линейными стабилизаторами.

2. Сигнальная земля между устройствами получается разная, но у них общая диф. линия. Разность потенциалов земель шумовая, связанная с переходными процессами в силовых цепях. Мне кажется это проблема, но я не знаю решения.

Если бы можно было заземлять сигнальную часть после конденсаторного фильтра, ближе к источнику а не у самых силовых ключей, то проблемы как-то и не было бы. Изолированный источник-преобразователь не спасает от проблемы 2 и не очень хочется его вносить.

Добавка: Изоляция CAN трансивера не желательна. Длина сигнальных и силовых линий 20-50 см между устройствами.

Как правильно делается?

Спасибо.

Сообщение отредактировал amaora - May 10 2014, 15:45

[amaora]

Похоже я как-то плохо, непонятно спросил, попробую еще раз.

1. Соединяю сигнальную землю с силовой в точке подключения нижнего ключа. Иного выхода (без использования изоляции в передаче сигналов управления ключами) не вижу. В итоге получаю заниженное и зашумленное питание относительно этой выбранной земли. Это приводит к необходимости фильтрации, стабилизации питания по месту его использования. Было бы хорошо вынести тот DC/DC с платы и сделать его общим для всех, но тогда падение на проводе силовой земли окажется в питании на 12в и 5в. В таком виде может как работать так и не работать в зависимости от деталей, длина проводов, величина тока, скорость переключения ключей, параметры и разводка фильтра, и т.д. Это понятно, мне интересно есть ли какие-то принципиально иные варианты о которых я не знаю? Или может быть где-то ошибаюсь в сказанном?

2. Несколько устройств соединены в CAN. По общему проводу при этом ходит большой ток и создает градиент потенциала. Предположим хороший сценарий, разность потенциалов земли между разными can-трансиверами не превышает 1в, частота шума ограничена несколькими десятками килогерц. В ДШ трансиверов которые я смотрел нет информации о подавлении синфазных шумов, но судя по характеристикам распространенных ОУ такой шум легко давится и проблем не вызовет. Но так ли это?

[=AK=]

По общему проводу при этом ходит большой ток и создает градиент потенциала. Предположим хороший сценарий, разность потенциалов земли между разными can-трансиверами не превышает 1в, частота шума ограничена несколькими десятками килогерц.

А откуда берется этот ток? По общему проводу ходит постоянный ток, но его бояться нечего. А шумы в общем проводе откуда возьмутся?

[amaora]

А откуда берется этот ток? По общему проводу ходит постоянный ток, но его бояться нечего. А шумы в общем проводе откуда возьмутся?

Нагрузка импульсная, какая-то пульсация будет неизбежно. После конденсаторного фильтра можно считать, что пульсации малы, но земля трансиверов подключена до фильтра (или где-то среди него, зависит от разводки) к нижнему ключу и его драйверу. А там большой импульсный ток.

[=AK=]

Нагрузка импульсная,

У вас для подключения нагрузки показан только один терминал для каждого выхода. А земляной провод нагрузки куда подключен?

какая-то пульсация будет неизбежно

Это в основном зависит от того, как подключена нагрузка. Если, например, вы земляные концы нагрузок сведете воедино и подключите к своему устройству в одной точке, тогда помехи в земле устройства, действительно, будут неизбежны.

После конденсаторного фильтра можно считать, что пульсации малы, но земля трансиверов подключена до фильтра (или где-то среди него, зависит от разводки) к нижнему ключу и его драйверу. А там большой импульсный ток.

Про "конденсаторный фильтр" я не понял. Это вы развязывающие конденсаторы называете "фильтрами", что ли? Советую этого не делать, поскольку это сбивает с толку, и даже не меня, а вас: развязывающий конденсатор не является фильтром, это совсем разные концепции.

Большой импульсный ток циркулирует по своему контуру, для каждого выхода и каждой нагрузки - свой контур. Развязывающий конденсатор - абсолютно необходимая составная часть этого контура. У импульсного тока нагрузки нет причин выходить за пределы этого контура. Если вы подключите земли вашего устройства к разным точкам этого контура (этих контуров), то получите импульсные помехи в земле. Если вы каждый из этих контуров подключите к земле устройства только в одной точке, то помех в земле не будет. Можно даже подключаться через небольшие дроссели или ферритовые зерна, от этого вреда не будет, а ВЧ компоненту (которая ветвится по земле в силу паразитных емкостей и т.п.) этим можно придавить.

[amaora]

У вас для подключения нагрузки показан только один терминал для каждого выхода. А земляной провод нагрузки куда подключен?

Это в основном зависит от того, как подключена нагрузка. Если, например, вы земляные концы нагрузок сведете воедино и подключите к своему устройству в одной точке, тогда помехи в земле устройства, действительно, будут неизбежны.

Я зря все так упростил на схеме. Извиняюсь за лишнее запутывание. Теперь когда начал заниматься трассировкой платы я это понял. Схема там обычные три полумоста, нагрузка двигатель. Вот силовая часть, прототип.  phobia_f4d.pdf ( 32.45 килобайт ) Кол-во скачиваний: 366

Про "конденсаторный фильтр" я не понял. Это вы развязывающие конденсаторы называете "фильтрами", что ли? Советую этого не делать, поскольку это сбивает с толку, и даже не меня, а вас: развязывающий конденсатор не является фильтром, это совсем разные концепции.

Понятно, значит развязывающие.

Большой импульсный ток циркулирует по своему контуру, для каждого выхода и каждой нагрузки - свой контур. Развязывающий конденсатор - абсолютно необходимая составная часть этого контура. У импульсного тока нагрузки нет причин выходить за пределы этого контура. Если вы подключите земли вашего устройства к разным точкам этого контура (этих контуров), то получите импульсные помехи в земле. Если вы каждый из этих контуров подключите к земле устройства только в одной точке, то помех в земле не будет. Можно даже подключаться через небольшие дроссели или ферритовые зерна, от этого вреда не будет, а ВЧ компоненту (которая ветвится по земле в силу паразитных емкостей и т.п.) этим можно придавить.

Насколько я начал понимать, развязывающий конденсатор должен быть подключен в те же точки куда подведены питание и земля, чтобы исключить такой сегмент проводника по которому подводится питание и при этом ходит импульсный ток. Правильно?

У меня все проблемы с трассировкой рождены тем, что первое из чего я исхожу это минимизация контуров затвор-драйвер. То есть дорога до затвора минимальная, обратный путь по земле (и по средней точке полумоста) тоже. Из этого выходит, что каждый драйвер заземлен в своей точке рядом со своим полумостом. Как это место соединения свести в одно я пока представляю с трудом. А если оставить как есть, то по приблизительным расчетам можно получить скачки разности потенциалов земель разных драйверов из-за индуктивности около 2в (дорога 30мм в длину 5мм в ширину, ток 10А, считаю, что нарастает за 100нс). Для 3.3в входов драйвера будет многовато.

Конденсаторы подключать к единой точке заземления вместо простой установки их на входе, тоже приносит трудности разводки. Их еще и много нужно, иначе получается недобор по допустимому rms току.

Добавка: Хотя наверно нужно просто подвести земли драйверов к силовой земле в одну точку, будет петля ~15мм туда и обратно. У верхнего транзистора все равно такая же петля в затворной цепи. Остается только понять не будет ли это приоткрывать транзистор когда не нужно.


Сообщение отредактировал amaora - May 15 2014, 16:15

[=AK=]

Насколько я начал понимать, развязывающий конденсатор должен быть подключен в те же точки куда подведены питание и земля, чтобы исключить такой сегмент проводника по которому подводится питание и при этом ходит импульсный ток. Правильно?

В ваших словах многое осталось "за кадром", поэтому точно сказать - правильно или нет - крайне затруднительно. Что для вас "куда подведены питание и земля" в данном тексте?

При анализе помех рассматривайте развязывающий конденсатор как источник питания нагрузки. Таким образом, у каждой нагрузки (мотора) - свой источник питания. Теперь нарисуйте, как циркулируют токи в этом контуре в каждом такте: от источника (конденсатора) - через ключи - в нагрузку - от нагрузки к источнику. Ну а теперь подключите этот контур к остальной земле устройства в одной единственной точке.

При этом надо иметь ввиду, что для помех цепь питания практически ничем не отличается от земли. Поэтому, как только вы соединили истинные земли друг с другом напрямую, то, получается, что подключая питание напрямую - вы тем самым "соединяете земли" еще в одной точке, а этого делать нельзя. А посему, дабы соблюсти условие "подключения в одной точке", питание к развязывающему конденсатору надо подключить через дроссель или ферритовое зерно.

У меня все проблемы с трассировкой рождены тем, что первое из чего я исхожу это минимизация контуров затвор-драйвер. То есть дорога до затвора минимальная, обратный путь по земле (и по средней точке полумоста) тоже.

Этого не требуется. Затворы как раз таки довольно нечувствительны к помехам. И даже если словят (случайную) короткую помеху, то ничего страшного не произойдет, никто этого даже не заметит. Для цепи затвора играет рояль не случайные помехи, а искажения сигнала.